Modelización numérica de la solidificación unidireccional de metales puros

FAVILLA, P.C.; VERA, M.L.; MARIO ROBERTO ROSENBERGER; GUEIJMAN, S. F.; ARES, A.E.; SCHVEZOV, C. E.

Buenos Aires. Argentina

Congreso; Congreso Argentino de Mecánica Computacional MECOM 2005; 2005

Universidad Argentina de la Empresa, UADE

Las propiedades mecánicas de los materiales están íntimamente relacionadas con su estructura. Existen numerosos procesos y tratamientos empleados para adecuar la misma a las condiciones más apropiadas a la aplicación de los mismos. En el caso de los materiales metálicos los tratamientos para modificar la estructura pueden ser volumétricos o superficiales, con o sin reacción química; por deformación plástica, en frío o en caliente. Con el objetivo de reducir los costos durante la fabricación de la pieza con las propiedades requeridas para su aplicación, se busca eliminar alguna de las etapas del proceso. Los parámetros más importantes del análisis del proceso de solidificación son la composición, la extracción calórica, la velocidad de enfriamiento, las velocidades de las interfaces, los gradientes de temperatura y las estructuras de solidificación. Se desarrolló un modelo del proceso de solidificación de un metal puro utilizando elementos finitos. El sistema a modelar consiste en una probeta cilíndrica parcialmente solidificada, donde se considera una extracción de calor unidireccional constante, se hacen simplificaciones por simetría de la geometría y la simulación se realiza en estado no estacionario. Con los resultados se analiza la sensibilidad del método numérico empleando diferentes densidades de malla. Los resultados se compararon con un modelo analítico dando una muy buena correlación. En el modelo se analizó la importancia de la extracción calórica manteniendo iguales todas las otras condiciones, además se cuantifica la relación entre el aumento de la extracción de calor y la disminución de los tiempos necesarios para la solidificación completa. Se pudo observar que introduciendo gradientes de temperatura iniciales se obtienen tiempos de procesamiento de datos menores y una disminución notable del estado transitorio. Los tiempos para la solidificación completa obtenidos del modelo numérico están de acuerdo con los dados por la solución analítica, teniendo en cuenta las aproximaciones que se hicieron. Se probó la convergencia del modelo resolviendo el problema con diferentes densidades de mallas, las cuales dieron prácticamente el mismo resultado, pero con la malla menos densa los tiempos de procesamiento son mucho menores.